DE202021003665U1 - Pressure compensation bodies, in particular press pads for equipping hydraulic single and multi-daylight heating and cooling presses - Google Patents
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Abstract
Hitzebeständiger Druckausgleichskörper, insbesondere Presspolster 2 zur Ausrüstung von hydraulischen Ein- und Mehretagenheiz- und Kühlpressen, jeweils zur Herstellung von Leiterplatten, Hochdrucklaminaten oder ähnlichen Plattenkonstruktionen, wobei die jeweiligen Außenflächen der Presspolster 2 mit einer thermoplastischen, hochtemperaturbeständigen Folie 3, die einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist, ausgerüstet sind, die Mittellage 5 und 6 des Presspolsters aus einer hitzebeständigen Gewebekonstruktion mit einem negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenfolie 3 und die Mittellage 5 und 6 mit einem teilvernetzten Fluorkautschuk - Polymerisat 4 unter Druck und Temperatur verklebt und das Fluorkautschuk - Polymerisat zu einem Elastomer endvernetzt wird.Heat-resistant pressure equalization body, in particular press pad 2 for equipping hydraulic single and multi-level heating and cooling presses, in each case for the production of printed circuit boards, high-pressure laminates or similar panel constructions, the respective outer surfaces of the press pad 2 with a thermoplastic, high-temperature-resistant film 3, which has a very low coefficient of friction , are equipped, the middle layer 5 and 6 of the press pad consists of a heat-resistant fabric construction with a negative coefficient of thermal expansion, characterized in that the surface film 3 and the middle layer 5 and 6 are bonded with a partially crosslinked fluororubber polymer 4 under pressure and temperature and the fluororubber - Polymer is crosslinked to form an elastomer.
Description
Die Erfindung betrifft ein Druckausgleichskörper, insbesondere Presspolster zur Ausrüstung von hydraulischen Ein- und Mehretagenheiz- und Kühlpressen, bestehend aus verschiedenen Kunststoffmaterialien die untereinander innig verbunden sind und unter hohen Pressdrücken und Presstemperaturen eine verlängerte Einsatzdauer, gleichmäßige Druckverteilung und hohe gleitfähige Eigenschaften aufweisen.The invention relates to a pressure compensation body, in particular a press pad for equipping hydraulic single and multi-level heating and cooling presses, consisting of various plastic materials which are intimately connected to one another and have a longer service life, even pressure distribution and high sliding properties under high pressing pressures and pressing temperatures.
Derartige Presspolster werden in verschiedenen hydraulischen Ein- und Mehretagenheiz- und Kühlpressen eingesetzt und haben die Aufgabe den Pressdruck gleichmäßig und vollflächig auf die herzustellenden Produkte zu übertragen. Es resultieren daraus im wesentlichen übereinstimmende Anforderungen an die Presspolster, eine gleichmäßige Wärmeleitfähigkeit, eine hohe Elastizität, um sich nach der Aufhebung des Pressdrucks am Ende eines Presszyklus wieder möglichst in den Ausgangszustand zurückzustellen, das entspricht einem geringen Druckverformungsrest, darüber hinaus sollen sie eine gute Haft- und Gleitreibung aufweisen. Derartige Presspolster werden zum Beispiel bei der Herstellung von Leiterplatten auch unter PCB Printed Circuit Boards bekannt, HPL-Hochdrucklaminate aus Melamin-/Phenolharzen bestehend, die zu dekorativen oder technischen Zwecken und ähnlichen Produkten eingesetzt werden. Speziell bei der Leiterplattenfertigung sind die Anforderungen an das Presspolster besonders hoch, da derartige Produkte unter hohen Pressdrücken, langen Presszeiten und hohen Presstemperaturen erfolgen, die Endprodukte sollen dabei eine geringe Dickentoleranz aufweisen.Such press pads are used in various hydraulic single and multi-daylight heating and cooling presses and have the task of transferring the pressing pressure evenly and over the entire surface to the products to be manufactured. This results in essentially the same requirements for the press pads, uniform thermal conductivity, high elasticity in order to return as far as possible to the initial state after the pressing pressure has been removed at the end of a pressing cycle, which corresponds to a low compression set, and they should also have good adhesion - and exhibit sliding friction. Such press pads are also known as PCB Printed Circuit Boards, for example in the production of printed circuit boards, consisting of HPL high-pressure laminates made of melamine/phenolic resins, which are used for decorative or technical purposes and similar products. The demands on the press cushion are particularly high in the production of printed circuit boards, since such products are made under high pressing pressures, long pressing times and high pressing temperatures, and the end products should have a low thickness tolerance.
Die in der Leiterplattenherstellung, PCB-Herstellung, weit verbreiteten Substratmaterialien sind Epoxid, Polyamide, Polyethylenterephthalat und Polyethylennaphthalate aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften. Nach wie vor ist das am häufigsten verwendete Substrat in der Leiterplattenherstellung ein glasfaserverstärktes (Fiberglas) Epoxidharz mit einer ein- oder beidseitig verklebten Kupferfolie. Durch die feste Struktur und Haltbarkeit bietet Fiberglas eine außergewöhnliche mechanische Festigkeit. Das Glasfasergewebe ist mit einem Epoxidharz imprägniert, das ein hervorragender elektrischer Isolator und ein schwer entflammbares Material ist. Dieses ist unerlässlich, da die Temperatur einiger elektrischer Komponenten häufig ansteigt.The substrate materials widely used in printed circuit board manufacturing, PCB manufacturing are epoxy, polyamide, polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate due to their physical and chemical properties. The most commonly used substrate in the manufacture of circuit boards is still a glass fiber reinforced (fiberglass) epoxy resin with a copper foil bonded on one or both sides. Due to its strong structure and durability, fiberglass offers exceptional mechanical strength. The fiberglass fabric is impregnated with an epoxy resin, which is an excellent electrical insulator and a flame retardant material. This is essential as the temperature of some electrical components often rises.
Eine Leiterplatte ist das Kernstück eines elektronischen Systems, die Strom-, Signal- und Datenübertragung von der Quelle zu den gewünschten Zielen bringt. Die zwei Hauptfunktionen einer Leiterplatte sind die stabile Befestigung von elektronischen Bauteilen und die elektronische Verbindung zwischen den Komponenten. Der Stromzufluss zwischen den elektronischen Bauteilen innerhalb der Leiterplatte wird durch Leiterbahnen, Tracks oder Signalbahnen ermöglicht. Diese werden aus den Kupferblechen geätzt, die auf das nicht leitende Substrat aufgebracht werden. Die Leiterplatte muss während ihrer Lebensdauer eine hohe Leistung beibehalten, um Übertragungsverzögerungen oder eine ungenaue Datenübertragung zu vermeiden.A printed circuit board is the heart of an electronic system, bringing power, signal and data transmission from the source to the desired destinations. The two main functions of a printed circuit board are the stable attachment of electronic components and the electronic connection between the components. The flow of current between the electronic components within the printed circuit board is made possible by conductor paths, tracks or signal paths. These are etched from the copper sheets that are applied to the non-conductive substrate. The circuit board must maintain high performance throughout its lifetime to avoid transmission delays or inaccurate data transfer.
Einfache Ausführungen einer Leiterplatte ist eine einseitige Stand-Leiterplatte, die nur auf einer Seite Leiterbahnen aufweist. Bei steigender Komplexität sind Leiterplatten beidseitig kupferkaschiert, reicht dieses nicht aus geht man zu mehrlagigen Multilayer-Leiterplatten über. Es werden dann mehrere dünnere Epoxydharzplatten, die alle mit kaschierten Leiterbahnen ausgestattet sind, passgenau mit Prepregs verbunden. Bei sehr komplexen Schaltungen kann eine Leiterplatte aus mehreren Leiterbahnebenen bestehen, es werden schon bis zu 50 Lagen hergestellt.Simple designs of a printed circuit board is a one-sided standard printed circuit board that only has conductor tracks on one side. With increasing complexity, printed circuit boards are copper-clad on both sides. If this is not enough, multi-layer printed circuit boards are used. Then several thinner epoxy resin plates, all of which are equipped with laminated conductor tracks, are precisely connected with prepregs. In the case of very complex circuits, a printed circuit board can consist of several conductor track levels, and up to 50 layers are produced.
Derartige Leiterplatten werden in Presspaketen zusammengelegt und zwischen Pressblechen, die zum größten Teil aus Edelstahl mit einer glatten Oberfläche bestehen, anschließend in die Pressenanlagen eingefahren. Auf den jeweiligen Pressblechen werden Presspolster, die zum Ausgleich von Dickentoleranzen dienen, eingesetzt. Die einzelnen Etagen der Presse sind mit Heizplatten, die sowohl zum Aufheizen und Kühlen benutzt werden können, ausgerüstet. Unter hohem Druck und Temperatur schmilzt zunächst das eingesetzte Harz, verbindet dabei die Leiterbahnen und härtet anschließend zu einer fertigen Platte aus. Je nach benötigter Kondensations- und Polymerisationszeit wird der Heizprozess unter Druckbeibehaltung durch eine Kühlung unterbrochen.Such printed circuit boards are put together in press packs and then moved into the press systems between press plates, which are mostly made of stainless steel with a smooth surface. Press pads, which serve to compensate for thickness tolerances, are used on the respective press plates. The individual floors of the press are equipped with heating plates that can be used for both heating and cooling. The resin used first melts under high pressure and temperature, connecting the conductor tracks and then hardening to form a finished board. Depending on the required condensation and polymerization time, the heating process is interrupted by cooling while the pressure is maintained.
Bisher werden Polstermaterialien, wie Papierpolster aus Wollfilzpapier oder Natronkraftpapier, Kunststoffpolster oder Gewebepolster eingesetzt. In der
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Alle beschriebenen Presspolster und zur Zeit auf dem Markt befindlichen Presspolster konnten oder können die Ansprüche an einem Polster mit langer Einsatzdauer, hohen Rückstelleigenschaften, gleichmäßigem Druckausgleich und sehr geringem Reibungskoeffizienten erfüllen. Darüber hinaus sollten die Polster nach beendeter Einsatzdauer auch recycelbar sein.All press pads described and press pads currently on the market could or can meet the requirements for a pad with a long service life, high resilience properties, even pressure equalization and a very low coefficient of friction. In addition, the upholstery should also be recyclable after the end of its service life.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Presspolster für den Einsatz in Heiz- und Kühl- Hochdruckpressen vorzuschlagen, das zum Beispiel für einen Betrieb zur Herstellung von Leiterplatten geeignet ist, das einen geringen Druckverformungsrest, einen geringen Reibungskoeffizienten und eine hohe Maßhaltigkeit aufweist, vorteilhaft wäre das die Haftreibung genauso groß wie die Gleitreibung ist, über eine lange Einsatzdauer verfügt und für den Hochtemperaturbereich bis 250°C geeignet ist. Darüber hinaus sollten die Polster nach Einsatzdauer zu mindestens zum Teil recycelbar sein.The invention is based on the object of proposing a press cushion for use in heating and cooling high-pressure presses, which is suitable, for example, for a company producing printed circuit boards, which has a low compression set, a low coefficient of friction and high dimensional accuracy that the static friction is just as high as the sliding friction, has a long service life and is suitable for the high temperature range up to 250°C. In addition, the upholstery should be at least partially recyclable after its service life.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Presspolster auf der jeweiligen Ober- und Unterseite mit einer hochtemperaturbeständigen Kunststofffolie ausgerüstet ist, die einen geringen Reibungskoeffizienten aufweist und zuzüglich einseitig angeätzt ist, damit sie mit einem dauerelastischen und teilvernetztem Fluorkautschukelastomer ohne zusätzlichem Klebermaterial eine feste Verbindung eingeht und in der Mittelschicht zur Stabilisierung ein hochtemperaturbeständiges textiles Gewebe aufweist, das sich ebenfalls mit dem teilvernetzten Fluorkautschukelastomer unter Druck und Temperatur zu einem Presspolsterkörper verbindet.This object is achieved according to the invention in that the press pad is equipped on the respective top and bottom with a high-temperature-resistant plastic film, which has a low coefficient of friction and is also etched on one side, so that it forms a firm connection with a permanently elastic and partially crosslinked fluororubber elastomer without additional adhesive material and in the middle layer, for stabilization, has a high-temperature-resistant textile fabric, which also combines with the partially crosslinked fluororubber elastomer under pressure and temperature to form a press cushion body.
Als vorteilhaft hat sich zum Beispiel eine PTFE Polytetrafluorethylenfolie, auch unter der Bezeichnung Teflon bekannt, in einer Dicke von ca. 200 my gezeigt, die Rückseite dieser Folie wurde vorher angeätzt um eine Klebneigung zu erzielen. Zwei Ätzmethoden sind in der Praxis bekannt, zum Beispiel der chemische Ätzprozess mit starken Reduktionsmitteln oder die lonisationsvorbehandlung mittels eines Niederdruckplasmas auch unter Corona-Verfahren bekannt.For example, a PTFE polytetrafluoroethylene film, also known as Teflon, with a thickness of approx. 200 μm has proven advantageous. The back of this film was etched beforehand in order to achieve a tendency to stick. Two etching methods are known in practice, for example the chemical etching process with strong reducing agents or the ionization pretreatment using a low-pressure plasma, also known as the corona method.
Zur Erzielung der Federungseigenschaften des Presspolsters ist es vorteilhaft ein Polymermaterial einzusetzen welches aus einem Elastomermaterial besteht, wobei sich besonders ein FKM- Material positiv gezeigt hat. Copolymere von Vinylfluorid und Hexafluorpropylen zeigen hervorragende Eigenschaften in Bezug auf den Druckverformungsrest und sind bevorzugt einzusetzen. Wie bereits erwähnt wird erfindungsgemäß ein Fluorkautschuk FKM eingesetzt, der nur teilvernetzt ist und die weitere Endvernetzung und Verklebung der PTFE- oder auch ETFE-Folie mit rückseitiger Anätzung unter Druck und Temperatur erfolgt. Zur Verfügung stehen drei Vernetzungsmechanismen, die älteste ist die diaminische Vernetzung, dabei werden blockierte Diamine als Vernetzer eingesetzt. Bei der diaminischen Vernetzung wird eine gute Haftung zwischen dem Elastomer und beispielsweise Metallen erzielt. Die zweite Vernetzungsart ist der bisphenolische Mechanismus auch Dihydroxy-Mechanismus genannt. Die bisphenolische Vernetzung zeigt eine bessere Beständigkeit gegen Hydrolyse und höhere Temperaturen sowie eine Verbesserung beim Druckverformungsrest. Außerdem lassen sich Fluorkautschuke auch peroxidisch (Triazin-Verfahren) durch freie Radikale vernetzen. Versuche mit einem Silikonelastomer haben eine wesentlich kürzere Einsatzdauer gezeigt und die Stabilität und Maßhaltigkeit war nicht ausreichend.In order to achieve the spring properties of the press pad, it is advantageous to use a polymer material which consists of an elastomer material, with an FKM material having shown itself to be particularly positive. Copolymers of vinyl fluoride and hexafluoropropylene exhibit excellent compression set properties and are preferably used. As already mentioned, a fluororubber FKM is used according to the invention set, which is only partially crosslinked and the further final crosslinking and gluing of the PTFE or ETFE film with etching on the back takes place under pressure and temperature. There are three crosslinking mechanisms available, the oldest being diamine crosslinking, in which blocked diamines are used as crosslinkers. Good adhesion between the elastomer and, for example, metals is achieved with diamine crosslinking. The second type of crosslinking is the bisphenolic mechanism, also known as the dihydroxy mechanism. The bisphenolic crosslinking shows better resistance to hydrolysis and higher temperatures as well as an improvement in compression set. In addition, fluororubbers can also be crosslinked peroxide (triazine process) using free radicals. Tests with a silicone elastomer have shown a significantly shorter service life and the stability and dimensional accuracy were not sufficient.
Zur Stabilisierung des gesamten Presspolster wird der Einsatz eines hochtemperaturbeständigen Gewebes empfohlen, welches als Mittellage zwischen den jeweils beiden Teflon-FKM-Verbundplatten eingesetzt wird. So hat sich ein Nadelfilz aus Para-Aramid bewährt, welches bei der Herstellung mit dem teilvernetzten FKM-Material verklebt wird. Diese Mittelgewebeeinlage verhindert, dass sich das Presspolster in seinen Maßen während der gesamten Einsatzdauer nicht verändert und somit formstabil bleibt. Die Mittellage sollte so gewählt werden, dass die auftretenden Zugspannungen von der Gewebeeinlage aufgefangen werden. In der Versuchsanordnung wurde ein Para-Aramidgewebe mit aufgenadelten Para-Aramidfasern gewählt, da neben der Zugspannungsstabilisierung auch noch ein zuzüglicher Polstereffekt erzielt wird. Die Aramidfasern verfügen über einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten und daher werden auftretende Zugspannungen von den eingesetzten Materialien sehr stark kompensiert.To stabilize the entire press cushion, we recommend using a high-temperature-resistant fabric, which is used as a middle layer between the two Teflon-FKM composite panels. A needle felt made of para-aramid, which is glued to the partially cross-linked FKM material during production, has proven itself. This central fabric insert prevents the dimensions of the press pad from changing over the entire period of use and thus remains dimensionally stable. The middle layer should be selected in such a way that the tensile stresses that occur are absorbed by the fabric insert. A para-aramid fabric with needled para-aramid fibers was selected for the test arrangement, since an additional cushioning effect is achieved in addition to the stabilization of tensile stress. The aramid fibers have a negative coefficient of thermal expansion and therefore the tensile stresses that occur are very strongly compensated for by the materials used.
Das Zusammenfügen der verschiedenen aufgeführten Materialien sollte unter Druck und Temperatur erfolgen. Hierbei wird der teilvernetzte Fluorkautschuk endvernetzt und gleichzeitig wird zum Beispiel die Teflonfolie und das Para-Aramidgewebe verklebt. Zur Verfügung stehen verschiedene Anlagentypen, so kann zum Beispiel eine einfache Pressenanlage eingesetzt werden, eine weitere Variante wäre eine Endlosbandanlage mit Kühleinrichtung, hierbei wird die Presszeit über die Bandgeschwindigkeit gesteuert. Eine weitere Möglichkeit ist eine Walzenkaschieranlage die sogenannte Auma-Laminieranlage. Hierbei wird ein umlaufendes Stahlband über eine teilbeheizbare Trommel geführt und der Pressdruck wird über den Andruck des Stahlbandes an die Trommel geregelt.The various materials listed should be assembled under pressure and temperature. Here, the partially crosslinked fluororubber is crosslinked and at the same time, for example, the Teflon film and the para-aramid fabric are glued. Various types of systems are available, for example a simple press system can be used, another variant would be an endless belt system with a cooling device, in which case the pressing time is controlled via the belt speed. Another option is a roller laminating system, the so-called Auma laminating system. Here, a circulating steel belt is guided over a partially heatable drum and the pressing pressure is regulated by the pressure of the steel belt on the drum.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels eines Presspolsters 2, das in der Zeichnung
Versuchspolster nach den Merkmalen der aufgeführten Erfindungsbeschreibung zeigten hervorragende Eigenschaften. So wurde ein Presspolster nach folgender Rezeptur hergestellt. Eine PTFE-Folie in einer Stärke von 200 my mit einer rückseitigen chemischen Anätzung wurde mit einer nach der peroxidischen Methode teilvernetzten Fluorkautschuklage von ca. 800 my, wobei der teilvernetzte Fluorkautschuk so modifiziert wurde das er Verklebungseigenschaften aufweist und einer Innenlage eines mit Para-Aramidfasern aufgenadeltes Para-Aramidgewebe von ca. 800 my, unter Druck und Temperatur in einer Walzenkalanderanlage zusammengefügt und der Fluorkautschuk endvernetzt. Das so hergestellte Presspolster wurde mehrfach unter Betriebsbedingungen in einer Pressenanlage zur Herstellung von mehrlagigen Multilayer-Leiterplatten eingesetzt. Die Einsatzdauer dieser beschriebenen Presspolster zeigten gegenüber bisher eingesetzten Polstermaterialien eine enorm hohe Anzahl von Presszyklen. Die Maßhaltigkeit war nach den Presszyklen entsprechend gleich groß wie vor dem Einsatz. Es konnte sogar nach der langen Einsatzdauer noch eine genügend hohe Restrückstellung festgestellt werden. Die Oberflächen der eingesetzten PTFE-Folie zeigten keine Veränderungen in Hinsicht auf Abrieb oder Beschädigungen, das bedeutet, der geringe Reibungskoeffizient machte sich unter dem hohen Druck und Temperatur dabei positiv bemerkbar.Test cushions based on the features of the listed invention description showed excellent properties. A press pad was thus produced according to the following recipe. A PTFE film with a thickness of 200 my with a chemical etching on the back was needled with a peroxide method partially cross-linked fluorine rubber layer of approx Para-aramid fabric of approx. 800 my, joined under pressure and temperature in a roller calender system and the fluorine rubber is cross-linked. The press cushion produced in this way was used several times under operating conditions in a press system for the production of multilayer printed circuit boards. The duration of use of these press pads described showed an enormously high number of press cycles compared to the padding materials used up to now. The dimensional accuracy was the same after the pressing cycles as before use. A sufficiently high residual recovery could be determined even after the long period of use. The surfaces of the PTFE film used showed no changes in terms of abrasion or damage, which means that the low coefficient of friction had a positive effect under the high pressure and temperature.
Bei den FKM-Materialien sind auch Copolymere von Vinylidenfluorid (VDF) und Hexafluorpropylen (HFP), Terpolymere von VDF, HFP und Tetrafluorethylen (TFE) möglich oder auch Polymerisate aus VDF, HFP, TFE und Perfluormethylvinylether (PMVE), oder Polymerisate aus VDF, TFE und Propan sowie aus VDF, HFP, TFE, PMVE und Ethen ebenfalls denkbar.With the FKM materials, copolymers of vinylidene fluoride (VDF) and hexafluoropropylene (HFP), terpolymers of VDF, HFP and tetrafluoroethylene (TFE) are also possible, or also polymers of VDF, HFP, TFE and perfluoromethyl vinyl ether (PMVE), or polymers of VDF, TFE and propane as well as from VDF, HFP, TFE, PMVE and ethene are also conceivable.
Die zur Stabilisierung des Presspolsters eingesetzte mittellagige Gewebekonstruktion von aufgenadelten Para-Aramidfasern 6 auf ein Para-Aramidgewbe 5 kann auch durch andere hochtemperaturbeständige Gewebekonstruktionen ersetzt werden. So sind zum Beispiel Glasfaser- , Meta-Aramidfaser- , Kohlefaser- Gewebekonstruktionen möglich.The middle-layer fabric construction used to stabilize the press pad, consisting of
Das beschriebene Presspolster 2 eignet sich besonders gut zum Einsatz in Ein- oder Mehretagen Hochdruckpressen, da bei unterschiedlichen Temperaturen, die zum Beispiel bei der Aufheizung und der Rückkühlung entstehen und daraus resultierenden Relativbewegungen zwischen dem Presspolster 2 und der Heizplatte oder dem eingesetzten Stahlblech kein Abrieb an den Oberflächen der Presspolster entstehen. Dieses ist auf die eingesetzten Oberflächenfolien 3 mit den sehr niedrigen Reibungskoeffizienten zurückzuführen. Wie sich auch gezeigt hat, wird der Verbund zwischen der PTFE-Folie 3 dem eingesetzten FKM-Material 4 und der Gewebeeinlage 5 und 6 durch den häufigen Einsatz verstärkt, somit erhält man eine stabile Polsterkonstruktion.The
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